粉煤灰綜合利用概述

曹德生魏榮杰

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

粉煤灰綜合利用概述

曹德生魏榮杰

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

粉煤灰是煤粉經高溫燃燒后形成的一種似火山灰質混合材料，綜合利用粉煤灰越來越受到人們的關注。粉煤灰的在建筑工業、建材工業、農業、化學工業等方面的綜合利用，可以減少環境污染，創造更高的附加值。

燃煤發電;粉煤灰;廢物利用;環境污染

我國是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家之一，2011年的煤炭產量35.2億噸，在我國一次能源生產和消費結構中的比重分別為78.6%、72.8%。燃煤所造成的大氣污染、水污染及粉煤灰的大量產生都嚴重地威脅著生態環境。

近10多年來，我國電力工業迅速發展，燃煤發電機組總裝機容量不斷擴大，電力行業消耗了全國一半的煤炭資源，由燃煤發電所產生的粉煤灰逐年增加。據統計,我國1995年粉煤灰排放量約1.25億噸，2000年約1.5億噸，2009年約3.75億噸，2010年約4.8億噸，2011年約5.4億噸,并且隨著燃煤電廠的發展，粉煤灰產生量還將繼續增加。預計，2015年我國的粉煤灰產生量在5.5～5.7億噸。

能源結構的現狀決定了短期內我國粉煤灰排放量仍然會越來越多,如何將粉煤灰變廢為寶,促進粉煤灰高效循環利用，減少對環境污染，成為世界關注的熱點。

粉煤灰是結晶體、玻璃體以及少量未燃燒碳組成的結構復雜的混合體。粉煤灰在干燥狀態時呈灰色或灰白色，含水量大的粉煤灰呈灰黑色。從表面張力作用講，粉煤灰礦物組成分為晶體礦物和非晶體礦物。粉煤灰的主要氧化物組成為SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、MnO、SO3。地區、年代、煤層、燃燒溫度不同，粉煤灰的化學成分變化較大。我國火電廠粉煤灰的化學組成見表1。

表1 粉煤灰的基本化學組成（%）

目前，根據粉煤灰的綜合利用來劃分，粉煤灰可以大致分為三類。

1 在建筑和建材行業中的應用

1.1 用粉煤灰生產燒結磚

粉煤灰的用量可以占到制磚用料的30%～70%，主要生產工藝和設備與普通黏土磚相同。洛陽某磚廠采用電廠濕排粉煤灰經過自然脫水至含水率在30%左右，按照粉煤灰60%、黏土35%及濾渣5%等工業廢渣配比生產燒結磚，每年節省大量的黏土和煤炭資源，利用了廢棄資源，取得了良好的社會和經濟效益。

1.2 粉煤灰生產蒸汽養護磚

粉煤灰蒸汽養護磚的配料除粉煤灰可占65%左右外，還需配入適量的骨料生石灰和石膏，經坯料制備、壓制成型，經常壓或高壓蒸汽養護后燒制成磚。蒸汽養護磚對粉煤灰的要求是含碳量越低越好，活性越高越好。

1.3 粉煤灰制取免燒免蒸磚

粉煤灰的用量可以占到制磚用料的30%～70%，主要生產工藝和設備與普通黏土磚相同。洛陽某磚廠采用的電廠濕排粉煤灰經過自然脫水后含水率在30%左右，按照粉煤灰60%、黏土35%及濾渣5%等工業廢渣配比混合生產燒結磚,每年節省大量的黏土和煤炭資源，又利用了廢棄資源，取得良好的社會和經濟效益。

1.4 粉煤灰生產硅酸鹽水泥砌塊

粉煤灰硅酸鹽砌塊以粉煤灰、石灰、石膏和膠結料為原料,在配料中除爐渣為主占55%左右外，粉煤灰用量也可達30%。經加水攪拌，振動成型，蒸汽養護而成。此工藝對粉煤灰質量的要求是其燒失量低于15%。硅酸鹽水泥砌塊適用于工業及民用建筑，比黏土磚的保溫性能好，自重輕，能滿足一般建筑物承重墻的耐火極限要求。

1.5 粉煤灰生產泡沫玻璃

泡沫玻璃是一種新型建筑材料，它可由粉煤灰（可占70%）為主要原料燒制而成,其密度在0.5～0.8 t/m3，具有抗壓、隔熱、隔音、防水、能浮出水面等性能，是現代高層建筑的優質材料。泡沫玻璃作大型雕塑材料，可制成大塊，也可任意切割裝配。用泡沫玻璃制成的墻體磚，密度僅為普通黏土磚的5%～10%，而強度卻高出8～15倍，所以它具有質輕、強度大、節能等優點。用它作為保溫、隔熱、隔音材料物美價廉，有較高的經濟效益和社會效益。

1.6 粉煤灰制造加氣混凝土

粉煤灰生產加氣混凝土是以粉煤灰為基本原料，配以適量的水泥、石灰、石膏、鋁粉（發氣劑）和穩泡劑等制成的一種輕質混凝土，其粉煤灰用量可占70%左右。生產的加氣混凝土砌塊有質輕、隔音、保溫、抗滲、抗震、環保、耐久、快捷、經濟等特性，主要用于屋面保溫、內外墻體和陽臺隔斷，具有較好的社會和經濟效益。

1.7 粉煤灰生產陶粒

利用粉煤灰為主要原料，加入一定量的膠結料和水，經成球、燒結而成的輕骨料為燒結粉煤灰陶粒。它是一種性能良好的人造輕骨料，其粉煤灰用量可達80%。粉煤灰生產的陶粒具有密度小、耐熱度高、抗滲性好、耐沖擊力強等優點,可替代天然渣石配制150～300號的混凝土,廣泛地用于工業與民用建筑、制作各種混凝土構件，還可用于橋梁、窯爐和煙囪的砌筑。

1.8 粉煤灰在砂漿中代替部分水泥、石灰或砂

砂漿在建筑工程中的用量很大，且對粉煤灰的質量不高，可改善混凝土的特性并節約水泥。粉煤灰在混凝土中的作用主要用來提高新拌混凝土的和易性、抑制泌水性、降低水化熱，也可以提高混凝土的后期強度和耐久性。

1.9 粉煤灰代替黏土作生產水泥原料

由于粉煤灰的化學成分和黏土相似，可代替黏土，所以可加入適當校正料如砂巖、風積沙等生產水泥。其生產工藝和技術裝備與生產普通硅酸鹽水泥一樣。

1.10 粉煤灰用作生產水泥的混合材

在用質量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥時，可分別生產普遍硅酸鹽水泥（摻入量不高于15%）、礦渣硅酸鹽水泥（摻入量不高于15%）、粉煤灰水泥（摻入量為20%～40%）,低標號砌筑水泥（摻入量為60%～70%）。

1.11 粉煤灰生產輕質材板

輕質材板主要有粉煤灰纖維棉板、粉煤灰硅鈣板、隔聲內墻板等。這些產品具有質輕、高強、保溫、隔音、防潮、不燃、易加工等特性，在船舶、建筑工程等領域應用較多。

1.12 粉煤灰用于礦井及塌陷區回填、及路基等處理

粉煤灰用于煤礦等礦井采空區的回填。選擇合適的時間和合適的工程方案，可以節約大量的工程費用，而且效果還比較好。粉煤灰用于公路的路面基層，用二灰石（石灰、粉煤灰、石子）代替傳統的碎石,可使公路質量大大提高，加快了施工速度，降低了造價。現粉煤灰已大量用于高等級公路的路堤，并大量節約了土地。

2 在農業中的應用

2.1 土壤改良

粉煤灰施入黏土土壤可以起到疏松土壤、增加土壤通透性、改善土壤供水保水等性能的作用，能使土壤耕作層的水、氣、肥、熱達到很好的平衡，活躍土壤微生物，加速有機物分解，提供更多養分，還有調節土壤pH值、增加養分元素的作用。

2.2 制造化肥

粉煤灰還有迄今所知的植物生長所需的16種主要元素和其他營養物質,被人們稱為長效復合肥。但是由于粉煤灰中營養元素的含量較少，生產中要想靠粉煤灰的天然肥效來達到一定的增產效果，需要施用大量的粉煤灰，這是不現實的。因此人們以粉煤灰為主要原料，經過加工處理，加入適量的營養元素，制成了多種復合肥，有用量少、增產效果好、價格便宜的特點。現在已經應用的有粉煤灰硅鈣肥、粉煤灰鈣鎂磷肥、粉煤灰復混肥、粉煤灰磁化肥。

3 在化學工藝中的應用

3.1 粉煤灰生產分子篩

以粉煤灰和燒堿為主要原料,配以Al(OH)3研制成0.4 nm分子篩，可以節省原料（沒生產1 t分子篩可以節省Al(OH)30.4～0.5 t）,同時也簡化了生產工藝（省去了稀釋、沉降、濃縮、過濾），還可以提高產品質量。

3.2 粉煤灰生產拒水粉

粉煤灰為建筑防水防泄漏材料主要原料。因其耐水、耐酸、耐堿、耐鹽、耐高溫、耐低溫、耐老化，可用于地面防潮、地下鐵道、水庫、隧道等。

3.3 提取氫氧化鋁

粉煤灰中的Al2O3含量為25%～40%，因此從粉煤灰中提取氫氧化鋁既有經濟效益又有環境效益。如波蘭等國提取氫氧化鋁，常用高溫燒堿法（1 300℃以上）。我國則多研究采用常壓蒸養、低溫（900℃左右）脫水的工藝，其優點是能耗低。

3.4 回收鐵

粉煤灰中的鐵主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸鐵等形態存在。鐵的回收一般采用磁選法。可先經旋流器預選后，再用弱磁選礦機分選，富集得到高品位精鐵礦。如某電廠的粉煤灰中的鐵含量為7.18%，經富集、選礦后的精礦品位可提高到53.18%，鐵回收率為46.92%。

4 粉煤灰應用的發展方向

4.1 在污水處理中的應用

粉煤灰能夠廣泛應用于各種工業廢水的處理，對重金屬離子、磷酸根離子、懸浮物、油類及色度等都有一定的去除效果。全國礦山每年排放礦井廢水(包括生活污水、城市污水、印染廢水)30億噸左右。如果不經過處理而直接排放,不僅浪費大量水資源，而且嚴重污染環境。將粉煤灰改性后對廢水進行處理，可以達到良好的防止污染效果。

4.2 精細化利用

粉煤灰中可以提取多礦物元素，如碳、硅、鎵、鍺等。不同的元素采用不同的提取方法，比如沉淀法、萃取法、氧化還原法等方法。目前，各種物質的提取工藝相對獨立,這給工業生產帶來一定難度，部分金屬的提取過程會造成一定的二次污染。作為精細化利用的另一個方面，可以利用粉煤灰中的微珠經過加工后作為油漆、塑料、橡膠等的添加劑，來改善產品的一些特性。

由于我國經濟發展的不平衡，粉煤灰的綜合利用水平也同樣存在區域不平衡，在東南沿海，粉煤灰供不應求，當地電廠的粉煤灰被全部利用，有時甚至從內地購買粉煤灰。中西部地區由于經濟發展水平的限制,粉煤灰的利用程度不高，尤其是西電東送之后,西部的燃煤電廠產生了大量的粉煤灰，每年粉煤灰積存排放,浪費了大量的可用資源。

就是粉煤灰的利用總體水平不高，在建筑和建材行業中的應用占到了80%，在農業中用來改良土壤和生產化肥農藥的占到了15%，在精細化利用方面的應用只占到了5%。

粉煤灰的利用還有很長的路要走，以提高粉煤灰的利用率和利用水平，減少可利用資源的浪費，實現經濟的可持續發展。

[1]耿鵬飛.粉煤灰的綜合利用—潔凈煤技術[J].2012,18,2.

[2]吉濤,方瑩.粉煤灰精細化利用現狀及前景[J].混凝土, 2012,1.

[3]潘家道.大體積粉煤灰混凝土在礦井回填中的研究和應用[J].粉煤灰綜合利用,2003,5.

[4]周華梅,喬秀臣,于建國.F型粉煤灰氧化鋁提取潛力[J].華東理工大學學報(自然科學版),2011,37(5)：577～581.